专利名称：双摆冲击试验机及其试验方法
技术领域：
本发明涉及冲击试验技术，具体为一种双摆冲击试验机及其试验方法。
背景技术：
典型冲击试验有两种摆锤冲击试验和落锤冲击试验。其中摆锤冲击试验方法简单，所用设备包括摆锤、样品座、刻度盘和指针等几个部分，试样为带缺口的10×10×55mm块状试样，一般情况下适合评价厚度≥10mm的材料的抗冲击性能。落锤冲击试验系统复杂，价格昂贵，在日常检测中一般不用。
随着汽车工业和航空、航天事业的发展，轻质化材料(铝合金、镁合金、钛合金、高强钢、工程塑料、复合材料等)薄板的应用越来越多，薄板连接技术也多种多样，如点焊、粘接、铆接、激光焊、各种弧焊。在重要薄板组合结构中应用新材料替代传统材料时，抗冲击性能往往是最被关心的性能之一。在现有冲击试验技术中有一项空白，就是缺乏针对薄板及其连接接头的冲击试验方法及设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种能检测薄板及其连接接头抗剪切、拉伸冲击性能的双摆冲击试验机及其试验方法。
本发明的技术方案是一种双摆冲击试验机，具有框架、冲击部分、样品基座，冲击部分包括从动摆和主动摆，从动摆与主动摆旋转方向相对应，由第一连杆、带压紧装置的摆锤连接而成，主动摆由第二连杆、摆锤连接而成，样品基座的上表面与从动摆摆锤的下表面相对，二者之间的间隙与样品基座一侧面、从动摆摆锤的另一侧面形成用于放置“Z”字形冲击试样的横置的“Z”字形结构，样品基座及从动摆摆锤的侧面分别装有压紧装置。
本发明样品基座的上表面与其夹持试样的侧面夹角可以为0～90°，从动摆摆锤的下表面与其夹持试样的侧面夹角可以为0～90°。
本发明样品基座的上表面可以具有0～90°的倾斜角度，从动摆摆锤的下表面可以具有0～90°的倾斜角度，样品基座的上表面和从动摆摆锤的下表面倾斜方向相同。
本发明主动摆的摆锤可以为槽形摆锤两侧对称挂配重块的结构。
本发明压紧装置可以采用螺栓前端安装压紧块的结构进行顶紧。
本发明主动摆和从动摆可以分别设有用于指示两摆旋转角度的刻度盘。
本发明还可以包括由液压系统、与液压系统相连的闸片、与两摆转轴一体的刹车盘构成的制动系统。
上述双摆冲击试验机的试验方法，具体步骤如下1)将主动摆抬起预设的角度，并暂时固定；2)通过压紧装置将“Z”字形冲击试样固定在基座和从动摆的摆锤上；3)将刻度盘的两指针复位；4)释放主动摆，冲击从动摆，进而瞬间将试样拉断；5)记录主动摆与从动摆撞击后前冲的角度；6)根据能量守恒原理，按下式计算试样所消耗的冲击功WW＝MAgLA(cosθA-cosθ0)-MBgLB(1-cosθB)-WE其中，MA、MB分别为主动摆与从动摆的质量，θA、θB分别为主动摆与从动摆撞击后前冲的角度，θ0为主动摆初始抬起的角度，LA、LB分别为主动摆与从动摆的重心距各自转轴轴心的距离，WE为系统损耗能量，通过不放试样，按前述步骤1)、3)、4)、5)进行试验，然后按下式计算WEWE＝MAgLA(cosθA-cosθ0)-MBgLB(1-cosθB)。
所述步骤5)之后，从动摆与主动摆继续前冲，达到最高位置后开始向回摆，这时启动制动系统，将两摆缓慢放下。
本发明的优点及有益效果如下1、本发明试验机是纯机械装置，没有复杂的控制系统，需要高精度加工的部件很少，利用它能够方便、廉价地完成其它试验机不能完成的对薄板及其连接接头抗冲击性能的检测。
2、本发明试验方法简单易行，试验结果准确。
图1为本发明双摆冲击试验机结构示意图(未包括制动系统)。
图2为图1的侧视图。
图3为样品基座局部示意图。
图4为图3的A-A剖视图。
图5为图3的侧视图。
图6为从动摆局部示意图。
图7为图6的B-B剖视图。
图8为本发明冲击试验示意图。
具体实施例方式
如图1～8所示，本发明由框架、样品基座1、从动摆2、主动摆3、刻度盘4、制动系统六大部分组成。
1、具有一副由4根或4根以上的立柱5、底板6、轴架7、主动摆抬升角度设定及释放机构8组成的框架，见附图1；2、具有一个侧面带压紧装置11的样品基座1，该压紧装置11起固定冲击试样一边的作用；样品基座1的上表面(与从动摆摆锤相邻的一面)具有0～90°的倾斜角度(本实施例为5°)，保证在冲断试样后不与继续前冲的摆锤和试样发生摩擦甚至挤住的现象，见附图1和图2；3、具有一个由第一连杆21和侧面带压紧装置22的摆锤23组成的从动摆，该压紧装置起固定冲击试样另一边的作用，摆锤23另一侧面设有打击面24，摆锤23的下表面(与样品基座1相邻的一面)具有0～90°的倾斜角度(本实施例为5°)，从动摆摆锤23的下表面和样品基座1的上表面倾斜方向相同，同样为保证在冲断试样及随后继续的摆动过程中不与试样发生摩擦甚至挤住的现象，见附图1和图3；4、具有一个由第二连杆31和槽形摆锤32组成的主动摆3，摆锤32的重量靠在槽形摆锤的两侧对称挂配重块33调节。槽形结构的摆锤和挂配重块的方式能保证整个主动摆重量调节前后的重心位置一致，且与冲击作用点重合；5、具有一个由两套刻度41和指针42组成的刻度盘4，两套刻度和指针分别对应主动摆和从动摆，能够指示两摆的旋转角度；6、具有一套制动系统，由液压系统、与液压系统相连的闸片、与两摆转轴一体的刹车盘构成，通过液压系统驱动闸片与刹车盘摩擦能在任何时刻停止两摆的转动。
本试验机属金属结构，可通过机械加工、焊接和螺栓连接制造、组合，样品基座1的上表面与从动摆摆锤23的下表面相对，二者之间的间隙与样品基座1一侧面、从动摆摆锤23的另一侧面形成用于放置“Z”字形冲击试样的横置的“Z”字形结构，样品基座1的上表面与其夹持试样的侧面夹角可以为0～90°(本实施例为60°)，从动摆摆锤23的下表面与其夹持试样的侧面夹角可以为0～90°，(本实施例为60°)，压紧装置采用螺栓前端安装压紧块的结构顶紧试样。
该冲击试验机的试验过程如下
1、通过主动摆抬升角度设定及释放机构8，将主动摆3抬起预设的角度，并暂时固定；2、通过压紧装置将“Z”字形冲击试样9固定在基座和从动摆的摆锤上；3、将刻度盘的两指针复位；4、释放主动摆3，冲击从动摆2，进而瞬间将试样拉断；5、从动摆2与主动摆3继续前冲，达到最高位置后开始向回摆，这时启动制动系统，将两摆缓慢放下；6、记录主动摆3与从动摆2撞击后前冲的角度。
然后，根据能量守恒原理，按下式计算试样所消耗的冲击功WW＝MAgLA(cosθA-cosθ0)-MBgLB(1-cosθB)WE其中，MA、MB分别为主动摆与从动摆的质量，θA、θB分别为主动摆与从动摆撞击后前冲的角度，θ0为主动摆初始抬起的角度，LA、LB分别为主动摆与从动摆的重心距各自转轴轴心的距离，见图4。WE为系统损耗能量，可通过不放试样，按前述1、3、4、5、6步骤进行试验，然后按下式(符号意义同前)计算WEWE＝MAgLA(cosθA-cosθ0)-MBgLB(1-cosθB)试样所消耗的冲击功W越大，抗剪切、拉伸冲击性能越好。
权利要求
1.一种双摆冲击试验机，具有框架、冲击部分、样品基座，其特征在于冲击部分包括从动摆(2)和主动摆(3)，从动摆(2)与主动摆(3)旋转方向相对应，由第一连杆(21)、带压紧装置的摆锤连接而成，主动摆(3)由第二连杆(31)、摆锤(32)连接而成，样品基座(1)的上表面与从动摆摆锤(23)的下表面相对，二者之间的间隙与样品基座(1)一侧面、从动摆摆锤(23)的另一侧面形成用于放置“Z”字形冲击试样(9)的横置的“Z”字形结构，样品基座(1)及从动摆摆锤(23)的侧面分别装有压紧装置。
2.按照权利要求1所述双摆冲击试验机，其特征在于样品基座(1)的上表面与其夹持试样的侧面夹角为0～90°，从动摆摆锤(23)的下表面与其夹持试样的侧面夹角为0～90°。
3.按照权利要求1所述双摆冲击试验机，其特征在于样品基座(1)的上表面具有0～90°的倾斜角度，从动摆摆锤(23)的下表面具有0～90°的倾斜角度，样品基座(1)的上表面和从动摆摆锤(23)的下表面倾斜方向相同。
4.按照权利要求1所述双摆冲击试验机，其特征在于主动摆(3)的摆锤(32)为槽形摆锤两侧对称挂配重块(33)的结构。
5.按照权利要求1所述双摆冲击试验机，其特征在于压紧装置采用螺栓前端安装压紧块的结构进行顶紧。
6.按照权利要求1所述双摆冲击试验机，其特征在于主动摆(2)和从动摆(3)分别设有用于指示两摆旋转角度的刻度盘(4)。
7.按照权利要求1所述双摆冲击试验机，其特征在于还包括由液压系统、与液压系统相连的闸片、与两摆转轴一体的刹车盘构成的制动系统。
8.一种双摆冲击试验机的试验方法，其特征在于具体步骤如下1)将主动摆抬起预设的角度，并暂时固定；2)通过压紧装置将“Z”字形冲击试样固定在基座和从动摆的摆锤上；3)将刻度盘的两指针复位；4)释放主动摆，冲击从动摆，进而瞬间将试样拉断；5)记录主动摆与从动摆撞击后前冲的角度；6)根据能量守恒原理，按下式计算试样所消耗的冲击功WW＝MAgLA(cosθA-cosθ0)-MBgLB(1-cosθB)-WE其中，MA、MB分别为主动摆与从动摆的质量，θA、θB分别为主动摆与从动摆撞击后前冲的角度，θ0为主动摆初始抬起的角度，LA、LB分别为主动摆与从动摆的重心距各自转轴轴心的距离，WE为系统损耗能量，通过不放试样，按前述步骤1)、3)、4)、5)进行试验，然后按下式计算WEWE＝MAgLA(cosθA-cosθ0)-MBgLB(1-cosθB)。
9.按照权利要求8所述双摆冲击试验机的试验方法，其特征在于步骤5)之后，从动摆与主动摆继续前冲，达到最高位置后开始向回摆，这时启动制动系统，将两摆缓慢放下。
全文摘要
本发明涉及一种双摆冲击试验机及其试验方法。双摆冲击试验机的冲击部分包括从动摆和主动摆，从动摆由第一连杆、带压紧装置的摆锤连接而成，主动摆由第二连杆、摆锤连接而成，样品基座的上表面与从动摆摆锤的下表面相对，二者之间的间隙与样品基座一侧面、从动摆摆锤的另一侧面形成横置的“Z”字形结构，样品基座及从动摆摆锤的侧面分别装有压紧装置。试验方法为将主动摆抬起预设的角度，并暂时固定；通过压紧装置将“Z”字形冲击试样固定在基座和从动摆的摆锤上；将刻度盘的两指针复位；释放主动摆，冲击从动摆，进而瞬间将试样拉断；记录主动摆与从动摆撞击后前冲的角度；最后计算试样所消耗的冲击功。本发明结构简单、操作方便。
文档编号G01N3/30GK1680798SQ20041002124
公开日2005年10月12日 申请日期2004年4月7日 优先权日2004年4月7日
发明者张洪延 申请人:中国科学院金属研究所